Minéralisation à long-terme du phosphore organique dans les sols cultivés : évaluation et facteurs de contrôle

Abstract

La disponibilité du phosphore (P) du sol pour les plantes cultivées (phytodisponibilité) est au centre d’enjeux agronomiques (production agricole, raisonnement de la fertilisation) et environnementaux (eutrophisation, pénurie des réserves mondiales) importants. Le phosphore (P) total du sol est à 30-40% sous forme de composés organiques (POS) dans la couche labourée. La minéralisation du POS est peu connue, alors même que ce processus pourrait contribuer à la phytodisponibilité du P du sol et à la nutrition phosphatée des plantes cultivées.L’objectif de cette thèse est de chiffrer la minéralisation à long-terme du POS dans les conditions du champ et d’en identifier les facteurs de contrôle (e.g. spéciation du POS, propriétés du sol, conditions climatiques). Pour répondre à ces questions, quatre dispositifs expérimentaux de longue durée (LTFE) ont été utilisés, deux appartenant au réseau des LTFE de l’INRAE sur la fertilisation minérale et les deux autres à l’observatoire de recherche en environnement sur les produits résiduaires organiques. Ils ont été sélectionnés pour couvrir une diversité de situations agropédoclimatiques. L’hypothèse est que la nature (superphosphate, produits organiques) et la dose (de 0 à 112 kg P ha-1an-1) des apports, la gestion des cultures, le type de sols, et les conditions climatiques pourraient affecter la vitesse de minéralisation du POS (Vm-POS). Les bases de données des séries chronologiques sur les cultures et les sols sont complètes, et les échantillons de terre régulièrement prélevés ont été stockés. Cela a permis de déterminer les évolutions des teneurs en POS et en P inorganique du sol (PIS) pendant plusieurs décennies, ainsi que le cumul du budget phosphaté des parcelles (Bcum). Vm-POS a été calculée à l’aide du modèle de Hénin and Dupuis (1945). Ce modèle décrit l’évolution annuelle du stock de POS en fonction de sa minéralisation et de l’incorporation de P au POS par la décomposition des résidus de culture et des PRO. Dans deux des quatre LTFE, la spéciation du POS et du PIS a été déterminée par résonance magnétique nucléaire du P (RMN-P).Le stock initial de POS varie considérablement entre les essais de 368 à 1145 kg ha-1 . En moyenne des essais et traitements, 3.2 kg P ha-1an-1 de résidus aériens et racinaires post-récolte ont été incorporés au stock de POS pour 10.9 kg P ha-1an-1 libérés dans la solution du sol. Pour les PRO, l’apport de P varie considérablement de 24 à 112 kg P ha-1an-1 (moyenne 32.4) selon le mode de raisonnement (soit 2 t C ha-1an-1, soit 170 kg N ha-1 tous les deux ans) et du rapport C/P et N/P. En moyenne, 5.5 kg P ha-1an-1 ont été incorporés au POS et 26.9 kg P ha-1an-1 libérés dans la solution de sol.Vm-POS est comprise entre 1.7 et 11.2 kg P ha-1an-1 (5.1 en moyenne soit 0.8% du stock de POS) avec un temps de résidence compris entre 56 et 227 ans. Les résultats de RMN-P indique que le POS est majoritairement sous forme d’orthophosphate monoesters, les inositolhexakisphosphates (IHP) y étant prédominants. Les faibles valeurs de Vm-POS pourraient être expliquées par la présence des IHP, connus pour s’associer fortement avec la phase solide du sol, et par une concentration élevée d’ions phosphates en solution, qui pourrait inhiber la catalyse enzymatique des IHP. Malgré des valeurs de Bcum très différentes (de -724 à +1830 kg P ha-1 pour l’un des essais), le stock de POS est invariant, alors que, au contraire, le stock de PIS change strictement en fonction des valeurs de Bcum.En conclusion, ce travail de thèse indique que Vm-POS est faible, bien que variable entre les quatre LTFE. Elle varie proportionnellement au stock de POS mais les déterminants de ce stock et du coefficient de minéralisation n’ont pu être clairement identifiés, probablement par manque de situations analysées. Ce flux contribue à alimenter marginalement le compartiment de P phytodisponible du sol, par rapport au processus de diffusion des ions phosphate à l’interface solide-solution.